Arxiu d'etiquetes: biston betularia

The reality of mutations

Do you remember the ninja turtles? Leonardo, Raphael, Michelangelo and Donatello were four turtles that suffered a mutation when they were bathed with a radioactive liquid. Fortunately or unfortunately, a mutation cannot turn us into ninja turtles, but it can have other effects. Next, I tell you what mutations are.

WHAT ARE MUTATIONS?

Our body is like a great factory in which our cells are the workers. These, thanks to their internal machinery, make the factory stay afloat with the least possible problems. The constant operation of our cells (24/7), sometimes causes errors in their machinery. This generates imperfections in the genetic code, which generally go unnoticed. It is true that cells do everything possible to fix the failures produced, but sometimes they are inevitable and lead to the generation of diseases or even to the death of the cell.

Mutations are these small errors, it means, mutations are stable and inheritable changes that alter the DNA sequence. This fact introduces new genetic variants in the population, generating genetic diversity.

Generally, mutations tend to be eliminated, but occasionally some can succeed and escape the DNA repair mechanisms of our cells. However, they only remain stable and inheritable in the DNA if they affect a cell type, the germ cells.

The organisms that reproduce sexually have two types of cells: germinal and somatic. While the former transmit genetic information from parents to children, somatic cells form the body of the organism. Because the information of germ cells, which are what will give rise to gametes (sperm and oocytes) passed from generation to generation, they must be protected against different genetic changes to safeguard each individual.

Most mutations are harmful, species cannot allow the accumulation of large number of mutations in their germ cells. For this reason not all mutations are fixed in the population, and many of these variants are usually eliminated. Occasionally some may be incorporated into all individuals of the species.

The mutation rate is the frequency at which new mutations occur in a gene. Each specie has a mutation rate of its own, modulated by natural selection. This implies that each species can be confronted differently from the changes produced by the environment.

Spontaneous mutation rates are very low, in the order of 10-5-10-6 per gene and generation. In this way, mutations do not produce rapid changes in the population.

THE ROLE OF NATURAL SELECTION

Changes of nucleotides in somatic cells can give rise to variant or mutant cells, some of which, through natural selection, get more advantageous with respect to their partners and proliferate very fast, giving us as a result, in the extreme case, cancer, that is, uncontrolled cell proliferation. Some of the cells in the body begin to divide without stopping and spread to surrounding tissues, a process known as metastasis

But the best way to understand the role of natural selection of which the naturist Charles Darwin spoke is with the example of spotted moths (Biston betularia). In England there are two types of moths, those of white colour and those of black colour (Figure 1). The former used to be the most common, but between 1848 and 1898 black moths were imposed.

biston
Figure 1. Biston betularia, white and black moths (Source: TorruBlog)

This change occurred at the same time that cities became more industrial, in which coal became the main fuel for power plants. The soot of this rock dyed the sky, the soil and the buildings of the cities black. Tree trunks were also affected, where the moths were camouflaged.

The consequence of this fact was that white moths could not hide from their predators, whereas those that were black found a successful exit camouflaging well on the tinted trunks. With the change of colour of their hiding place they had more opportunities to survive and reproduce (Video 1).

Video 1. Industrial melanism, white and black moth (Source: YouTube)

This is a clear example of how changes in the environment influence the variability of gene frequencies, which vary in response to new factors in the environment.

TYPES OF MUTATIONS

There is no single type of mutation, but there are several types of mutation that can affect the DNA sequence and, rebound, the genetic code. However, not all mutations have the same effect.

There are many and different types of mutations, which are classified by mutational levels. These levels are based on the amount of hereditary material affected by the mutation and go up in rank according to the number of genes involved. If the mutation affects only one gene we speak of gene mutation, whereas if it affects a chromosomal segment that includes several genes we refer to chromosomal mutation. When the mutation affects the genome, affecting whole chromosomes by excess or by defect, we speak of genomic mutation.

An example of a point mutation is found in cystic fibrosis, a hereditary genetic disease that produces an alteration in the secretion of mucus, affecting the respiratory and digestive systems. A point mutation affects the gene that codes for the CFTR protein. The affected people receive from both parents the defective gene, which, having no copy of the good gene, the protein will not be functional. The result is that the secretions produced by the human body are thicker than usual, producing an accumulation in the respiratory tract.

REFERENCES

  • Ramos, M. et al. El código genético, el secreto de la vida (2017) RBA Libros
  • Alberts, B. et al. Biología molecular de la célula (2010). Editorial Omega, 5a edición
  • Cooper, G.M., Hausman R.E. La Célula (2009). Editorial Marbán, 5a edición
  • Bioinformática UAB
  • Webs UCM
  • Main picture: Cine Premiere

MireiaRamos-angles2

Anuncis

La realidad de las mutaciones

¿Recordáis las tortugas ninja? Leonardo, Raphael, Michelangelo y Donatello eran cuatro tortugas que sufrieron una mutación al ser bañadas con un líquido radioactivo. Por suerte o por desgracia, una mutación no nos puede convertir en tortugas ninja, pero sí que puede tener otros efectos. A continuación, os cuento qué son las mutaciones.

¿QUÉ SON LAS MUTACIONES?

Nuestro cuerpo es como una gran fábrica en la que nuestras células son los trabajadores. Éstas, gracias a su maquinaria interna, hacen que la fábrica se mantenga a flote con los menores problemas posibles. El funcionamiento constante de nuestras células las 24 horas del día durante los 365 días del año, causa que, a veces, se produzcan errores en su maquinaria. Esto genera imperfecciones en el código genético, las cuales generalmente pasan desapercibidas. Sí que es cierto que las células hacen todo lo posible para arreglar los fallos producidos, pero a veces son inevitables y conducen a la generación de enfermedades o, incluso, a la muerte de la célula si ésta se ve desbordada y no puede superar las adversidades.

Así pues, las mutaciones son estos pequeños errores, es decir, las mutaciones son cambios estables y heredables que alteran la secuencia del ADN. Este hecho hace que se introduzcan nuevas variantes genéticas en la población, generando diversidad genética.

Generalmente, las mutaciones acostumbran a ser eliminadas, pero ocasionalmente algunas pueden tener éxito y escaparse de los mecanismos de reparación del ADN de nuestras células. Sin embargo, sólo se mantienen estables y heredables en el ADN si afectan a un tipo de células, las células germinales.

Los organismos que nos reproducimos sexualmente tenemos dos tipos de células: germinales y somáticas. Mientras que las primeras transmiten la información genética de padres a hijos, las células somáticas forman el cuerpo del organismo. Debido a que la información de las células germinales, que son las que darán lugar a gametos (espermatozoides y ovocitos) pasa de generación a generación, éstas tienen que estar protegidas contra los diferentes cambios genéticos para poder salvaguardar cada individuo.

Debido a que la mayoría de las mutaciones son perjudiciales, ninguna especie puede permitir que se acumulen mutaciones en gran número en sus células germinales. Es por este motivo que no todas las mutaciones quedan fijadas en la población, sino que muchas de estas variantes suelen ser eliminadas. Ocasionalmente algunas sí que se pueden incorporar a todos los individuos de la especie.

La tasa de mutación es la frecuencia en la que se producen nuevas mutaciones en un gen. Cada especie tiene una tasa de mutación propia, modulada por la selección natural. Esto implica que cada especie se pueda enfrontar de manera distinta a los cambios producidos por el ambiente.

Las tasas de mutación espontaneas son muy bajas, del orden de     10-5-10-6 por gen y generación. De esta manera, las mutaciones no producen cambios rápidos en la población.

EL PAPEL DE LA SELECCIÓN NATURAL

Cambios de nucleótidos en las células somáticas pueden dar lugar a células variantes o mutantes, algunas de las cuales, a través de la selección natural, consiguen ser más ventajosas respecto a sus compañeras y proliferan muy rápido, dándonos como resultado, en el caso extremo, el cáncer, es decir, una proliferación celular descontrolada. Algunas de las células del cuerpo empiezan a dividirse sin detenerse y se diseminan a los tejidos de alrededor, proceso conocido como metástasis

Pero la mejor manera de entender el papel de la selección natural de la cuál hablaba el naturista Charles Darwin es con el ejemplo de las polillas moteadas (Biston betularia). En Inglaterra habitan dos tipos de polillas, las de color gris claro y las de color gris oscuro (Figura 1). Las primeras solían ser las más comunes, pero entre los años 1848 y 1898 se impusieron las polillas de color gris.

biston
Figura 1. Polillas moteadas (Biston betularia) de color gris clar y oscuro (Fuente: TorruBlog)

Este cambio se produjo al mismo tiempo que las ciudades se volvieron más industriales, en las cuales el carbón se convirtió en el combustible principal para las plantas eléctricas. El hollín de esta roca tiñó de gris oscuro el cielo, el suelo y los edificios de las ciudades. También se vieron afectados los troncos de los árboles, donde se camuflaban las polillas.

La consecuencia de este hecho fue que las polillas de color gris claro no podían esconderse de sus depredadores, en cambio, las que eran de color gris oscuro encontraron una salida exitosa camuflándose bien en los troncos tintados. Con el cambio de color de su escondite tenían más oportunidades de sobrevivir y reproducirse (Video 1).

Video 1. Polillas moteadas y la industrialización (en inglés) (Fuente: YouTube)

Este es un ejemplo claro de cómo los cambios del entorno influyen en la variabilidad de las frecuencias génicas, que varían en respuesta a nuevos factores en el medio ambiente.

TIPOS DE MUTACIONES

No existe un solo tipo de mutación, sino que hay varios tipos de mutación que pueden afectar la secuencia de ADN y, de rebote, el código genético. Sin embargo, no todas las mutaciones tienen el mismo efecto.

De mutaciones hay muchas y de diferentes tipos, que se clasifican por niveles mutacionales. Estos niveles se basan en la cantidad de material hereditario afectado por la mutación y van subiendo de rango según el número de genes implicados. Si la mutación sólo afecta a un gen hablamos de mutación génica, mientras que si afecta a un segmento cromosómico que incluye varios genes nos referimos a mutación cromosómica. Cuando la mutación afecta al genoma, afectando a cromosomas completos por exceso o por defecto, hablamos de mutación genómica.

Un ejemplo de mutación puntual lo encontramos en la fibrosis quística, una enfermedad genética hereditaria que produce una alteración en la secreción de mucosidades, afectando al sistema respiratorio y digestivo. Una mutación puntual afecta el gen que codifica para la proteína CFTR. Las personas afectadas reciben de ambos progenitores el gen defectuoso que, al no tener ninguna copia del gen buena, la proteína no será funcional. El resultado es que las secreciones producidas por el cuerpo humano son más espesas de lo habitual, produciendo una acumulación en las vías respiratorias.

REFERENCIAS

  • Ramos, M. et al. El código genético, el secreto de la vida (2017) RBA Libros
  • Alberts, B. et al. Biología molecular de la célula (2010). Editorial Omega, 5a edición
  • Cooper, G.M., Hausman R.E. La Célula (2009). Editorial Marbán, 5a edición
  • Bioinformática UAB
  • Webs UCM
  • Foto portada: Cine Premiere

MireiaRamos-castella2

La realitat de les mutacions

Recordeu les tortugues ninja? En Leonardo, Raphael, Michelangelo i Donatello eren quatre tortugues que van patir una mutació al ser banyades amb un líquid radioactiu. Per sort o per desgràcia, una mutació no ens pot convertir en tortugues ninja, però sí que pot tenir altres efectes. A continuació us explico què són les mutacions.

QUÈ SÓN LES MUTACIONS?

El nostre cos és com una gran fàbrica en la que les nostres cèl·lules són els treballadors. Aquestes, gràcies a la seva maquinària interna, fan que la fàbrica segueixi endavant amb els menors problemes possibles. El funcionament constant de les nostres cèl·lules les 24 hores del dia durant els 365 dies de l’any, provoca que, a vegades, es produeixin errors en la seva maquinària. Això genera imperfeccions en el codi genètic, les quals generalment passen desapercebudes. Sí que és cert que les cèl·lules fan tot el possible per arreglar els errors produïts, però a vegades són inevitables i condueixen a la generació de malalties o, inclús, a la mort de la cèl·lula si aquesta es veu desbordada i no pot superar les adversitats.

Així doncs, les mutacions són aquests petits errors, és a dir, canvis estables i heretables que alteren la seqüència de l’ADN. Aquest fet fa que s’introdueixin noves variants gèniques a la població, generant diversitat genètica.

Generalment, les mutacions acostumen a ser eliminades, però ocasionalment algunes poden tenir èxit i escapar-se dels mecanismes de reparació de l’ADN de les nostres cèl·lules. No obstant, només es mantenen estables i heretables en l’ADN si afecten a un tipus de cèl·lules, les cèl·lules germinals.

Els organismes que ens reproduïm sexualment tenim dos tipus de cèl·lules: germinals i somàtiques. Mentre que les primeres transmeten la informació genètica de pares a fills, les cèl·lules somàtiques formen el cos de l’organisme. Degut a que la informació de les cèl·lules germinals, que són les que donen lloc a gàmetes (espermatozoides i oòcits) passa de generació en generació, aquestes han d’estar protegides contra els diferents canvis genètics per poder salvaguardar cada individu.

Degut a que la majoria de les mutacions són perjudicials, cap espècie pot permetre que s’acumulin mutacions en gran número en les seves cèl·lules germinals. És per això que no totes les mutacions queden fixades a la població, sinó que moltes d’aquestes variants solen ser eliminades. Ocasionalment algunes sí que es poden incorporar a tots els individus de l’espècie.

La taxa de mutació és la freqüència en la que es produeixen noves mutacions en un gen. Cada espècie té una taxa de mutació pròpia, modulada per la selecció natural. Això implica que cada espècie es pot enfrontar diferent als canvis produïts per l’ambient.

Les taxes de mutació espontànies són molt baixes, de l’ordre de 10-5-10-6 per gen i generació. D’aquesta manera, les mutacions no produeixen canvis ràpids en la població.

EL PAPER DE LA SELECCIÓ NATURAL

Canvis de nucleòtids en les cèl·lules somàtiques poden donar lloc a cèl·lules variants o mutants, algunes de les quals, a través a de la selecció natural, aconsegueixen ser més avantatjoses respecte a les seves companyes i proliferen molt ràpid. Com a resultat, en el cas extrem, es produeix el càncer, és a dir, una proliferació cel·lular descontrolada. Algunes de les cèl·lules del cos comencen a dividir-se sense aturar-se i es disseminen als teixits del voltant, procés conegut com a metàstasi.

Però la millor manera d’entendre el paper de la selecció natural de la qual en parlava el naturista Charles Darwin és amb l’exemple de les papallones del bedoll (Biston betularia). A Anglaterra habiten dos tipus de papallones, les de color gris clar i les de color gris fosc (Figura 1). Les primeres acostumaven a ser les més comuns, però entre els anys 1848 i 1898 es van invertir els papers i les papallones de color gris es van imposar.

biston
Figura 1. Papallones del bedoll (Biston betularia) de color gris clar i gris fosc (Font: TorruBlog)

Aquest canvi es va produir al mateix temps que les ciutats es van tornar més industrials, en les quals el carbó es va convertir en el combustible principal per a les plantes elèctriques. El sutge d’aquesta roca va tenyir de gris fosc el cel, el sòl i els edificis de les ciutats. També es van veure afectats els troncs dels arbres, on es camuflaven les papallones del bedoll.

La conseqüència d’aquest fet va ser que les papallones de color gris clar no podien amagar-se dels seus depredadors, en canvi, les que eren de color gris fosc van trobar una sortida amb èxit camuflant-se bé en els troncs pintats. Amb el canvi de color del seu amagatall tenien més oportunitats de sobreviure i reproduir-se (Vídeo 1).

Vídeo 1. Papallones del bedoll i la industrialització (en anglès) (Font: YouTube)

Aquest és un exemple clar de com els canvis en l’entorn influeixen en la variabilitat de les freqüències gèniques, que varien en resposta a nous factors en el medi ambient.

TIPUS DE MUTACIONS

No existeix un sol tipus de mutació, sinó que hi ha varis tipus de mutacions que poden afecta la seqüència d’ADN i conseqüentment el codi genètic. No obstant, no totes les mutacions tenen el mateix efecte.

Les mutacions acostumen a classificar-se per nivells mutacionals. Aquests nivells es basen en la quantitat de material hereditari afectat per la mutació i van pujant de rang segons el número de gens implicats. Si la mutació només afecta a un gen parlem de mutació gènica, mentre que si afecta a un segment cromosòmic que inclou varis gens ens referim a mutació cromosòmica. Quan la mutació afecta al genoma, afectant a cromosomes complets per excés o per defecte, ens referim a mutació genòmica.

Un exemple de mutació puntual el trobem en la fibrosi quística, una malaltia genètica hereditària que produeix una alteració en la secreció de mucositats, afectant al sistema respiratori i digestiu. Una mutació puntual afecta el gen que codifica per a la proteïna CFTR. Les persones afectades reben de tots dos progenitors el gen defectuós que, al no tenir cap còpia del gen bona, la proteïna no serà funcional. El resultat és que les secrecions produïdes per l’organisme humà són més espesses del que és habitual, produint una acumulació en les vies respiratòries.

REFERÈNCIES

  • Ramos, M. et al. El código genético, el secreto de la vida (2017) RBA Libros
  • Alberts, B. et al. Biología molecular de la célula (2010). Editorial Omega, 5a edición
  • Cooper, G.M., Hausman R.E. La Célula (2009). Editorial Marbán, 5a edición
  • Bioinformática UAB
  • Webs UCM
  • Foto portada: Cine Premiere

MireiaRamos-catala2